KR102371969B1 - 배터리 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 셀(cell)과 셀(cell)을 연결하는 종래의 연결 방식인 납을 함유하는 리드 용접 방식이 아닌 와이어와 커넥터로 셀(cell)과 셀(cell)을 연결하는 방식을 적용함으로써, 커넥터로 단자를 보호할 수 있으므로 단락 사고를 방지할 수 있고, 셀(cell)에 금속 리드를 용접하는 방식 대신에 와이어와 커넥터로 연결하는 방식을 적용함으로써, 제품의 안정성과 작업의 공정성을 확보할 수 있으며, 배터리 모듈에 장착되는 커넥터를 꽃음형 커넥터, 스위치 내림형 커넥터, 하네스형 끼움형 커넥터 중에서 선택하여 적용함으로써, 작업자가 셀(cell)과 셀(cell)을 손쉽게 연결할 수 있도록 작업자에게 작업의 용이성과 편의성을 제공할 수 있고, 배터리 모듈에 장착되는 커넥터와 연결되는 도전성 와이어를 절연성수지로 피복된 금속류 또는 전도성고분자를 사용함으로써, 제작자에게 선택할 수 있는 소재의 다양성 부여하는 효과가 있다.

Description

배터리 모듈{battery module}

본 발명은 셀(cell)과 셀(cell)을 연결하는 종래의 연결 방식인 납을 함유하는 리드 용접 방식이 아닌 와이어와 커넥터로 셀(cell)과 셀(cell)을 연결하는 방식을 적용함으로써, 커넥터로 단자를 보호할 수 있으므로 단락 사고를 방지할 수 있고, 셀(cell)에 금속 리드를 용접하는 방식 대신에 와이어와 커넥터로 연결하는 방식을 적용함으로써, 제품의 안정성과 작업의 공정성을 확보할 수 있으며, 배터리 모듈에 장착되는 커넥터를 꽃음형 커넥터, 스위치 내림형 커넥터, 하네스형 끼움형 커넥터 중에서 선택하여 적용함으로써, 작업자가 셀(cell)과 셀(cell)을 손쉽게 연결할 수 있도록 작업자에게 작업의 용이성과 편의성을 제공할 수 있고, 배터리 모듈에 장착되는 커넥터와 연결되는 도전성 와이어를 절연성수지로 피복된 금속류 또는 전도성 고분자를 사용함으로써, 제작자에게 선택할 수 있는 소재의 다양성 부여하는 배터리 모듈에 관한 기술이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.

이차전지를 구성하는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체는 그것의 구조에 따라 크게 젤리-롤형(권취형)과 스택형(적층형)으로 구분된다. 젤리-롤형 전극조립체는, 집전체로 사용되는 금속 호일에 전극 활물질 등을 코팅하고 건조 및 프레싱한 후, 소망하는 폭과 길이의 밴드 형태로 재단하고 분리막을 사용하여 음극과 양극을 격막한 후 나선형으로 감아 제조된다. 젤리-롤형 전극조립체는 원통형 전지에는 적합하지만, 각형 또는 파우치형전지에 적용함에 있어서는 전극 활물질의 박리 문제, 낮은 공간 활용성 등의 단점을 가지고 있다. 반면에, 스택형 전극조립체는 다수의 양극 및 음극 단위체들을 순차적으로 적층한 구조로서, 각형의 형태를 얻기가 용이한 장점이 있지만, 제조과정이 번잡하고 충격이 가해졌을 때 전극이 밀려서 단락이 유발되는 단점이 있다.

상기와 같은 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 전지케이스에 내장한 구조의 이차전지는 다양한 형태일 수 있으며, 그것의 대표적인 예가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스를 사용하는 전지셀이다.

이러한 전지셀은 전극(양극 및 음극)과 분리막을 열융착시킨 전극조립체에 전해액을 함침시킨 구조로서, 주로 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 밀봉한 형태로서 많이 사용되고 있다. 따라서, 종종 파우치형 전지 또는 파우치형 전지셀로 칭하기도 한다.

한편, 외부로 도출되어 보호회로 모듈(PCM)과 연결되는 전지셀의 전극단자들은 그 두께가 매우 얇아서 외부 진동이나 충격으로부터 쉽사리 파괴될 위험성을 지니고 있다.

또한, 일반적으로, 셀(cell)(3)은 전기적 연결을 위해 알루미늄이나 구리 재질의 셀 리드 단자(1)가 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 파우치형 셀(2) 밖으로 나오는 구조이다.

각각의 셀(cell)(3)을 연결하기 위해서는 외부 진동이나 충격으로부터 파괴되는 것을 방지하기 위해, 금속 리드들을 용접(4)에 의해 각각 전기적으로 연결하고 있다. 상기 용접의 일반적인 예로서, 스폿 용접(spot welding), 초음파 용접(ultrasonic welding) 또는 레이저 용접(laser welding) 등을 들 수 있다.

상기 용접에 의한 방법은 견고하고 안정적인 전기적 연결 상태를 보장하지만, 용접 과정 중에 발생할 수 있는 솔더 비산, 미융착, 과융착 등과 같은 용접 불량 요소를 지니고 있을 뿐만 아니라 적당한 힘으로도 손상이 가능하고, 공정상의 오류로 인하여 불량의 가능성을 항상 내포하고 있다.

상기 솔더 비산이 발생할 경우, 용접 작업이 이루어진 부위와 인접한 PCM 상의 회로 소자들에게 악영향을 끼칠 수 있으며, 또한, 미융착 또는 과융착이 발생할 경우, PCM과 전지셀 전극단자의 원활한 전기적 연결을 이룰 수 없거나 용접부위의 전기저항이 증가하는 결과를 초래할 수 있다.

또한, 상기 용접 방법들은 용접 과정 중에 스패터(spatter)를 발생할 수 있다. 용접에 의해 발생할 수 있는 스패터는 PCM상에 위치하고 있는 회로 소자들을 손상시킬 수 있으며, 만약 용접에 의해 발생한 스패터가 전지셀 외부면에 튀어 외장 커버 시트를 손상시킬 경우, 전지셀의 단락 또는 전지셀 폭발이 발생할 수 있어, 그 위험성이 상당하다 할 수 있다.

상기와 같은 여러 가지 위험 요소들을 방지하기 위해, 용접 과정을 제거하고 이를 기계적 체결방법에 의해 전기적 연결을 달성하려는 시도가 있어 왔다.

또한, 셀(cell) 리드 단자(1)가 직접적으로 외부로 노출되어 있어 단락될 수 있는 위험성이 있고, 리드가 얇은 금속판으로 되어 있어 손상되기 쉬운 문제점이 있다.

그리고, 종래 배터리 팩에 포함된 각 이차 전지의 전압을 센싱하기 위한 구성은 그 구조가 매우 복잡하고, 조립 공정이 쉽지 않은 문제가 있다.

또한, 이러한 구조적 복잡성 및 공정상 어려움 등으로 인하여 동일한 변에 양극 리드와 음극 리드가 모두 노출된 단방향 셀에 대하여 전압 센싱 구성을 적용하는데 더 큰 어려움이 있르며, 뿐만 아니라, 종래의 센싱 구조는 진동에 취약하여, 진동이 많은 장치, 이를테면 자동차 등의 배터리 팩에 적용되는 경우, 고장이 자주 발생하는 문제도 항상 존재하고 있다.

그러므로, 와이어와 커넥터로 셀(cell)과 셀(cell)을 연결하는 방식을 적용하여 커넥터로 단자를 보호할 수 있으므로 단락 사고를 방지할 수 있고, 셀(cell)에 금속 리드를 용접하는 방식 대신에 와이어와 커넥터로 연결하는 방식을 적용하여 제품의 안정성과 작업의 공정성을 확보할 수 있는 배터리 모듈의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

한국공개특허 10-2005-0109939(2005.11.17.)

이에 본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위하여 착상된 것으로서, 셀(cell)과 셀(cell)을 연결하는 종래의 연결 방식인 납을 함유하는 리드 용접 방식이 아닌 와이어와 커넥터로 셀(cell)과 셀(cell)을 연결하는 방식을 적용함으로써, 커넥터로 단자를 보호할 수 있으므로 단락 사고를 방지할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

다른 본 발명의 목적은 셀(cell)에 금속 리드를 용접하는 방식 대신에 와이어와 커넥터로 연결하는 방식을 적용함으로써, 제품의 안정성과 작업의 공정성을 확보할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는데 있다.

또 다른 본 발명의 목적은 배터리 모듈에 장착되는 커넥터를 꽃음형 커넥터, 스위치 내림형 커넥터, 하네스형 끼움형 커넥터 중에서 선택하여 적용함으로써, 작업자가 셀(cell)과 셀(cell)을 손쉽게 연결할 수 있도록 작업자에게 작업의 용이성과 편의성을 제공할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는데 있다.

또 다른 본 발명의 목적은 배터리 모듈에 장착되는 커넥터와 연결되는 도전성 와이어를 절연성수지로 피복된 금속류 또는 전도성고분자를 사용함으로써, 제작자에게 선택할 수 있는 소재의 다양성 부여하는 배터리 모듈을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 배터리 모듈은 셀(cell)과 연결 접속되는 도전성 와이어 및 상기 도전성 와이어 상에 양극단자 및 음극단자와의 전기적 연결을 위한 커넥터를 포함함을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 있어서, 상기 양극 및 음극의 전극 단자를 갖는 복수의 전지의 인접하는 상기 전극 단자 사이를 접속하는 전극 단자 접속부를 가지며, 상기 전극 단자 접속부는 양극 단자의 상부에 위치하며 양극 단자와 연결된 도전성 와이어 및 상기 도전성 와이어가 수용되는 커넥터로 구성되고, 상기 커넥터가 인접하는 전지의 음극 단자와 연결되는 것을 포함함을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 있어서, 상기 커넥터는 꽃음형 커넥터, 스위치 내림형 커넥터, 하네스형 끼움형 커넥터 중에서 어느 하나가 선택되는 것을 포함함을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 있어서, 상기 도전성 와이어의 재질은 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 알루미늄(Al) 중에서 선택되는 금속류인 것을 포함함을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 있어서, 상기 도전성 와이어의 재질은 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리아세틸렌 중에서 선택되는 전도성고분자(conducting polymer)인 것을 포함함을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 있어서, 상기 도전성 와이어는 절연성수지로 피복되어 있는 것을 포함함을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 있어서, 상기 셀(cell)은 파우치형 셀인 것을 포함함을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 배터리 모듈은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 본 발명은 셀(cell)과 셀(cell)을 연결하는 종래의 연결 방식인 납을 함유하는 리드 용접 방식이 아닌 와이어와 커넥터로 셀(cell)과 셀(cell)을 연결하는 방식을 적용함으로써, 커넥터로 단자를 보호할 수 있으므로 단락 사고를 방지할 수 있다.

둘째, 본 발명은 셀(cell)에 금속 리드를 용접하는 방식 대신에 와이어와 커넥터로 연결하는 방식을 적용함으로써, 제품의 안정성과 작업의 공정성을 확보할 수 있다.

셋째, 본 발명은 배터리 모듈에 장착되는 커넥터를 꽃음형 커넥터, 스위치 내림형 커넥터, 하네스형 끼움형 커넥터 중에서 선택하여 적용함으로써, 작업자가 셀(cell)과 셀(cell)을 손쉽게 연결할 수 있도록 작업자에게 작업의 용이성과 편의성을 제공할 수 있다.

넷째, 본 발명은 배터리 모듈에 장착되는 커넥터와 연결되는 도전성 와이어를 절연성수지로 피복된 금속류 또는 전도성고분자를 사용함으로써, 제작자에게 선택할 수 있는 소재의 다양성 부여한다.

도 1은 종래의 셀(cell) 리드 연결선을 나타낸 도면.
도 2는 종래의 셀(cell)을 리드 용접 방식으로 연결하는 실시예를 설명하기 위해 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 커넥터가 장착된 배터리 셀의 형태를 설명하기 위해 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 커넥터가 장착된 배터리 모듈의 형태를 설명하기 위해 나타낸 도면.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈에 선택적으로 장착되는 각각 꽃음형 커넥터, 스위치 내림형 커넥터, 하네스형 끼움형 커넥터의 형상을 나타낸 도면.

이하 첨부된 도면과 함께 본 발명의 바람직한 실시 예를 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명인 배터리 모듈을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 커넥터가 장착된 배터리 셀의 형태를 설명하기 위해 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 커넥터가 장착된 배터리 모듈의 형태를 설명하기 위해 나타낸 도면이며, 도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈에 선택적으로 장착되는 각각 꽃음형 커넥터, 스위치 내림형 커넥터, 하네스형 끼움형 커넥터의 형상을 나타낸 도면이다.

상기 배터리 모듈(50)은 셀(cell)(10), 도전성 와이어(20), 커넥터(30), 전기접속부재(31), 전극 단자 접속부(40) 등으로 구성된다.

도 3 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 배터리 모듈(50)은 셀(cell)(10)과 연결 접속되는 도전성 와이어(20) 및 상기 도전성 와이어(20) 상에 양극단자 및 음극단자와의 전기적 연결을 위한 커넥터(30)를 구비한다.

이를 구체적으로 기술하면, 상기 배터리 모듈(50)은 양극 및 음극의 전극 단자를 갖는 복수의 전지의 인접하는 상기 전극 단자 사이를 접속하는 전극 단자 접속부(40)를 가지며, 상기 전극 단자 접속부(40)는 양극 단자의 상부에 위치하며 양극 단자와 연결된 도전성 와이어(20) 및 상기 도전성 와이어(20)가 수용되는 커넥터(30)로 구성되고, 상기 커넥터(30)가 인접하는 전지의 음극 단자와 연결되는 것이다.

상기 배터리 모듈을 구성하는 기술적 수단들의 기능을 살펴보면 다음과 같다.

상기 도전성 와이어(20)는 일측이 셀(cell)(10)과 연결 접속되고, 타측은 커넥터(30)와 연결되는 것이다. 여기서, 상기 도전성 와이어(20)는 절연성수지로 피복되어 있는 것이다. 또한, 상기 셀(cell)은 파우치형 셀인 것이다.

또한, 상기 도전성 와이어(20)의 재질은 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 알루미늄(Al) 중에서 선택되는 금속류 또는 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리아세틸렌 중에서 선택되는 전도성고분자(conducting polymer)인 것이다.

상기 전도성 고분자는 그 자체로서 혹은 혼입에 의하여 전기전도성을 띠는 고분자로서, 대개 주사슬 내에 짝 이중결합을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 금속 전도체와 비슷한 수준의 전기 전도율을 가진 폴리머이다. 상기 전도성 고분자는 높은 전도율 값을 나타내고 있고, 부피로 비교하였을 경우 구리(Cu) 전도도의 1/4에 해당되며, 무게에 비교하면 구리(Cu) 전도도의 2배에 해당된다.

또한, 상기 전도성 고분자는 전기가 잘 통하는 플라스틱 소재. 금속처럼 전기가 잘 통하고 가볍고 부드러워 인듐 주석 산화물(ITO, Indium Tin Oxide)을 대체할 수 있는 물질로 디스플레이나 입는 컴퓨터, 태양 전지 같은 여러 분야에서 활용할 수 있는 물질이다.

여기서, 전도성 고분자(conducting polymer)는 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아세틸렌(polyacetylene)인 것이다.

상기 커넥터(30)는 도전성 와이어(20) 상에 양극단자 및 음극단자와의 전기적 연결을 위한 것이다.

여기서, 상기 커넥터(30)는 도 5a 내지 도 5c에 도시한 바와 같이, 꽃음형 커넥터, 스위치 내림형 커넥터, 하네스형 끼움형 커넥터 중에서 어느 하나가 선택되는 것이다.

도 5a에 도시한 바와 같은, 꽃음형 커넥터는 도전성 와이어(20)의 일측이 셀(cell)과 연결 접속되어 있고, 타측이 커넥터(30)에 삽입되어 연결되어 있으며, 커넥터(30)의 내부에 형성되어 있는 전기접속부재(31)에 의해 전기가 통하는 형태인 것이다.

또한, 도 5b에 도시한 바와 같은, 스위치 내림형 커넥터는 일측이 셀(cell)과 연결 접속되어 있는 도전성 와이어(20)의 타측을 커넥터(30)의 전선 홈에 삽입한 후 스위치를 내리고, 또 다른 셀(cell)과 연결 접속되어 있는 도전성 와이어(20)를 커넥터(30)의 전선 홈에 삽입한 후 스위치를 내리면 커넥터(30)의 내부에 형성되어 있는 전기접속부재(31)에 의해 전기가 통하는 형태인 것이다.

또한, 도 5c에 도시한 바와 같은, 하네스형 끼움형 커넥터는 도전성 와이어(20)의 일측이 셀(cell)과 연결 접속되어 있고, 도전성 와이어(20)의 일측과 결합되어 있는 돌출되어 나온 형태의 하네스가 또 다른 셀(cell)과 연결 접속되어 있는 도전성 와이어(20)의 일측과 결합되어 있는 우묵한 홀을 형성하는 형태의 하네스에 끼워져 고정되는 것이며, 이와 같이 고정되면, 커넥터(30)의 내부에 형성되어 있는 전기접속부재(미도시)에 의해 전기가 통하는 형태인 것이다.

상기 배터리 모듈(50)은 양극 및 음극의 전극 단자를 갖는 복수의 전지의 인접하는 상기 전극 단자 사이를 접속하는 전극 단자 접속부(40)를 가지며, 상기 전극 단자 접속부(40)는 양극 단자의 상부에 위치하며 양극 단자와 연결된 도전성 와이어(20) 및 상기 도전성 와이어(20)가 수용되는 커넥터(30)로 구성되고, 상기 커넥터(30)가 인접하는 전지의 음극 단자와 연결되는 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명인 배터리 모듈은 셀(cell)과 셀(cell)을 연결하는 종래의 연결 방식인 납을 함유하는 리드 용접 방식이 아닌 와이어와 커넥터로 셀(cell)과 셀(cell)을 연결하는 방식을 적용하여 커넥터로 단자를 보호할 수 있으므로 단락 사고를 방지할 수 있고, 셀(cell)에 금속 리드를 용접하는 방식 대신에 와이어와 커넥터로 연결하는 방식을 적용함으로써, 제품의 안정성과 작업의 공정성을 확보할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.

상술한 바와 같은 배터리 모듈은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전력저장 장치 외에도 노트북 컴퓨터, 넷북, 태블릿 PC, 스마트 패드 등에 적용할 수 있으므로 그 적용대상이 광범위한 것이다.

10 : 셀(cell) 20 : 도전성 와이어
30 : 커넥터 31 : 전기접속부재
40 : 전극 단자 접속부 50 : 배터리 모듈

Claims (7)

1. 셀(cell)과 연결 접속되는 도전성 와이어 및 상기 도전성 와이어 상에 양극단자 및 음극단자와의 전기적 연결을 위한 커넥터를 포함하고,
   상기 커넥터는, 스위치 내림형 커넥터이고,
   상기 스위치 내림형 커넥터는, 일측이 셀(cell)과 연결 접속되어 있는 도전성 와이어의 타측을 커넥터의 전선 홈에 삽입한 후 스위치를 내리고, 또 다른 셀(cell)과 연결 접속되어 있는 도전성 와이어를 커넥터의 전선 홈에 삽입한 후 스위치를 내리면 커넥터의 내부에 형성되어 있는 전기접속부재에 의해 전기가 통하는 형태이며,
   상기 셀(cell)은, 파우치형 셀인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 양극 및 음극의 전극 단자를 갖는 복수의 전지의 인접하는 상기 전극 단자 사이를 접속하는 전극 단자 접속부를 가지며, 상기 전극 단자 접속부는 양극 단자의 상부에 위치하며 양극 단자와 연결된 도전성 와이어 및 상기 도전성 와이어가 수용되는 커넥터로 구성되고, 상기 커넥터가 인접하는 전지의 음극 단자와 연결되는 것을 포함함을 특징으로 하는 배터리 모듈.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 도전성 와이어의 재질은 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 알루미늄(Al) 중에서 선택되는 금속류인 것을 포함함을 특징으로 하는 배터리 모듈.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 도전성 와이어의 재질은 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리아세틸렌 중에서 선택되는 전도성고분자(conducting polymer)인 것을 포함함을 특징으로 하는 배터리 모듈.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 도전성 와이어는 절연성수지로 피복되어 있는 것을 포함함을 특징으로 하는 배터리 모듈.
   
   
7. 삭제

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